Катализ - явление променя химическа реакция в присъствието на вещества, състоянието и броят на които след реакцията остават постоянни. Разграничаване положителни и отрицателни катализа (съответно увеличаване и намаляване скоростта на реакцията), въпреки че често терминът "катализирана" означава катализа само положителен; нарича отрицателен инхибиране катализа. Вещество, включени в активиран сложната структура, но не и стехиометрично реагент наречен катализатор. За всички катализатори, характеризиращи се с тези общи черти като специфичност и селективност на действие. Специфичността на катализатора е неговата способност да ускорява реакцията на един или група от подобни реакции и не влияе на скоростта на други реакции. Например, много преходни метали (платина, мед, никел, желязо и т.н.) са катализатори за хидрогениране процеси; алуминиев катализира реакции хидратация, и т.н. Селективността на катализатора - способността да се ускори едно възможно при дадените условия на паралелни реакции. Причината за повишаване скоростта на реакцията при положително катализа е намаляването на енергия активиране докато преминаващ през реакцията с активирания комплекс катализатора. Тъй като, съгласно уравнението на Арениус, постоянна скорост на химическа реакция е експоненциална функция на енергията на активиране, намаляване последният причинява значително увеличение на константата на скоростта. Всъщност, ако приемем, че предварително експоненциални фактори в уравнението на Арениус (II.32) за каталитични и не-каталитични реакции са подобни, може да напише за съотношението на скоростните константи: (II.44)
ако # 916; ЕА = -50 кДж / мол, съотношението на константата на скорост е 2,7 · 10 6 (в действителност, на практика такова намаляване ЕА увеличава скоростта на реакцията около 10 5 пъти). Трябва да се отбележи, че присъствието на катализатор, не оказва влияние върху размера на промяна на термодинамичен потенциал през процеса и следователно всеки катализатор не може да позволи спонтанно термодинамично поток невъзможно процес (процес # 916; G (# 916; F) е по-голяма от нула). Катализаторът не променя стойността на константата на равновесие за обратими реакции; катализатор ефект в този случай е само за ускоряване да достигне равновесие. В зависимост от състоянието фаза на реагентите и катализатора се разграничат хомогенна и хетерогенна катализа.
Фиг. 2.8 енергия диаграма на химическата реакция без катализатор (1)
и в присъствието на катализатор (2).
Хомогенна катализа. Хомогенна катализа - каталитични реакции, в които реагентите и катализатора са в една и съща фаза. В случай на хомогенни каталитични процеси, катализаторът реагира с реагенти реактивни междинни продукти. Помислете за някои реагира
В присъствието на катализатора се провеждат два бързо течаща етап, в резултат на образуването на междинни AK частици, и след това (след активен комплекс AVC #) продукт краен реакционен от регенериране на катализатора:
Един пример на такъв метод е реакцията на ацеталдехид разлагане енергия активиране които ЕА = 190 кДж / мол:
В присъствието на йодни пари, този процес протича в два етапа:
Намаляването на активиране енергия на реакцията в присъствието на катализатор е 54 кДж / мол; Скоростта на реакцията постоянно се увеличава с около 105 пъти. Най-често срещаният тип на хомогенна катализа е кисела катализа, при което като катализатор са водородни йони Н +.
Хетерогенен катализатор. Хетерогенен катализ - каталитични реакции протичат в интерфейса, образуван от катализатора и реагентите. Механизъм хетерогенни каталитични процеси значително по-сложно, отколкото в случая на хомогенна катализа. Във всеки хетерогенно каталитично реакция може да различи най-малко шест стъпки:
1. дифузията на изходните материали до повърхността на катализатора.
2. Адсорбция на изходните материали върху повърхността за образуване на някои междинни съединения:
3. Активиране на състоянието на адсорбирания (необходима за тази енергия е вярно енергията на активиране): AVK -> AVK #
4. разпадане активен комплекс адсорбирания да образуват реакционни продукти: AVC # -> SDK
5. десорбцията на реакционните продукти от повърхността на катализатора. SDK -> C + D + K
6. разпространение на продукти от реакцията на катализатор повърхност.
Свързани статии